(57)【要約】【課題】バッテリ内部への静電気の移行を抑制するためにバッテリ外装に導電層を設けたバッテリにおいて、導電層と発電要素（セル）とがバッテリ外装に滲出した水分や硫酸分により液絡し、バッテリ容量が低下していた。【解決手段】絶縁性材料からなるバッテリ外装に複数の発電要素が収納され、このバッテリ外装に、発電要素より発生したガスを外気に排気する機構を有したバッテリにおいて、ガス排気機構部近傍に導電層を配置し、導電層と、バッテリの負極もしくは正極の端子のいずれか一方の間にバリスタ、ツェナーダイオードもしくはコンデンサから選択される少なくとも一つの素子を配置することにより、導電層による漏れ電流を抑制し、バッテリの容量低下を抑制する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料からなるバッテリ外装に複数の発電要素が収納され、
前記バッテリ外装に、前記発電要素より発生したガスを外気に排気する機構を有したバッテリであって、
前記ガス排気機構部近傍に導電層を配置し、
前記導電層と、前記バッテリの負極もしくは正極の端子のいずれか一方の間にバリスタ、ツェナーダイオードもしくはコンデンサから選択される少なくとも一つの素子を配置したことを特徴とするバッテリ。
【請求項２】
絶縁性材料からなるバッテリ外装に複数の発電要素が収納され、
前記バッテリ外装に設けた液口に液口栓を装着したバッテリであって、
前記液口に隣接して導電層を配置し、
前記導電層と、前記バッテリの負極もしくは正極の端子のいずれか一方の間にバリスタ、ツェナーダイオードもしくはコンデンサから選択される少なくとも一つの素子を配置したことを特徴とするバッテリ。
【請求項３】
前記導電層と、前記素子と、前記導電層と前記素子および前記端子との間を接続する導電線とを前記バッテリ外装に埋設し、前記導電層を前記液口の内周壁に露出させた請求項２に記載のバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電時に発電要素から発生するガスをバッテリ外装内部から外部へ排気するガス排気機能あるいは、バッテリ外装に液口と液口栓を有したバッテリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バッテリ、例えば、車両に用いるエンジン始動用の鉛バッテリでは、充電あるいは自己放電によって、発電要素から酸素や水素等のガスが発生する。バッテリ外装が密閉されていると、これらのガスによってバッテリの内圧が上昇し、バッテリ外装が破損するため、ガスを外部に排気するための排気機構が設けられる。
【０００３】
排気機構として最も一般的であるのは、特許文献１に記載されたような、バッテリ外装に電解液を注液したり、あるいは補水するための液口に、ガス排気経路を備えた、いわゆる液口栓を装着するものである。特許文献１の構成では、発電要素毎に排気栓が装着される。
【０００４】
また、他の排気機構としては、特許文献２に記載されたような、複数の発電要素について共用のガス排気経路を形成することによって、例えば、３個もしくは６個の発電要素から発生するガスを一括して排気する構成が知られている。
【０００５】
上記したようなバッテリを充電した際、電池外装内に酸素や水素ガスが滞留は、ほぼ不可避的に発生する。そして、バッテリに設けたガス排気口あるいは液口栓とバッテリ外装との装着部付近に静電気が帯電した場合、静電気が、ガス排気口あるいは、液口栓とバッテリ外装との装着部の隙間界面を伝って電池外装内部に侵入して電池外装内部で放電スパークが発生し、この放電スパークに水素ガスが引火し、その衝撃によってバッテリが破損する場合があった。
【０００６】
静電気の放電スパークによるバッテリの破損を抑制するため、特許文献３には、バッテリの液口を、内部もしくは下部が非絶縁層であり、表面が絶縁層である層状体で覆い、この層状体を負極端子に接続する構成が提案されていた。特許文献３の構成では、液口付近の静電気を負極端子に接地できるため、液口から電池内部への静電気の侵入を抑制できる。ところが、液口周囲や、液口に設けた排気孔周囲に、電解液が滲出たり、あるいは水分が付着すると、非絶縁層を介してバッテリを構成する発電要素と端子間で漏れ電流が流れ、長期放置により、バッテリ容量が低下する課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１３３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６３１８号公報
【特許文献３】特開平４−１０１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような、発電要素間の漏れ電流を防止するために、本発明の発明者らは、液口毎に独立した導電層と負極端子の間にリレー等のスイッチング素子を配置し、発電要素の充電電圧がガス発生電圧を超える場合に、スイッチング素子を閉状態とすることにより、漏れ電流の流れる期間を短くすることにより、漏れ電流による容量低下を抑制する構成を提案した。
【０００９】
しかしながら、上記したような構成は、電池電圧を計測しつつ、スイッチング素子と、このスイッチング素子を開閉制御する制御回路が必要となるため、その構造は複雑であり、またバッテリの価格も高価なものとならざるを得なかった。
【００１０】
本発明は、簡便かつ、安価な構成により、静電気を接地する目的でバッテリに配置した導電層と端子間の漏れ電流と、これによる容量低下を抑制した、信頼性の高いバッテリを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、絶縁性材料からなるバッテリ外装に複数の発電要素が収納され、前記バッテリ外装に、前記発電要素より発生したガスを外気に排気する機構を有したバッテリであって、前記ガス排気機構部近傍に導電層を配置し、前記導電層と、前記バッテリの負極もしくは正極の端子のいずれか一方の間にバリスタ、ツェナーダイオードもしくはコンデンサから選択される少なくとも一つの素子を配置したことを特徴とするバッテリを示すものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、絶縁性材料からなるバッテリ外装に複数の発電要素が収納され、前記バッテリ外装に設けた液口に液口栓を装着したバッテリであって、前記液口に隣接して導電層を配置し、前記導電層と、前記バッテリの負極もしくは正極の端子のいずれか一方の間にバリスタ、ツェナーダイオードもしくはコンデンサから選択される少なくとも一つの素子を配置したことを特徴とするバッテリを示すものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項２のバッテリにおいて、前記導電層と、前記素子と、前記導電層と前記素子および前記端子との間を接続する導電線とを前記バッテリ外装に埋設し、前記導電層を前記液口の内周壁に露出させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スイッチング素子や、これを開閉制御する制御装置および電池電圧を計測する装置を用いることなく、発電要素から端子への漏れ電流を抑制するとともに、静電気を負極端子に接地しうることから、信頼性の高いバッテリを簡便かつ安価な構成にて提供できるという、顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のバッテリに用いる素電池の一例を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態によるバッテリを示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態によるバッテリを示す図
【図４】本発明の第１の実施形態によるバッテリの要部断面を示す図
【図５】本発明の第１の実施形態による他のバッテリの要部断面を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態によるバッテリを示すブロック図
【図７】本発明の第３の実施形態によるバッテリを示すブロック図
【図８】本発明の第４の実施形態によるバッテリを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、後述する本発明の第１の実施形態によるバッテリ２０１を構成する素電池１０１の一例を示す図である。素電池１０１は発電要素（図示せず）の６個を収納する電槽１０２と、電槽１０２を閉じる蓋１０３を有する。電槽１０２と蓋１０３でバッテリ外装が構成される。電槽１０２および蓋１０３はＰＰ樹脂等の絶縁性樹脂からなる。蓋１０３には負極端子１０６ａおよび正極端子１０６ｂが設けられており、それぞれ内部の発電要素に接続されている（以下、構成例１の素電池）。なお、構成例１による素電池１０１を鉛蓄電池とした例を示す。なお、素電池１０１として、一般的な、液式の始動用鉛蓄電池を適用することができる。
【００１７】
素電池１０１は、蓋１０３に発電要素に応じた液口１０４を有し、液口１０４に液口栓１０５が装着されている。また、液口栓１０５には、発電要素から発生する水素ガスや酸素ガスをバッテリ内から大気に排出するための排気孔１０５ａが設けられることによってガス排気機構部を有している。
【００１８】
本発明を適用する素電池１０１として、発電要素毎に排気孔１０５ａを備えた液口栓１０５を備えた例を示したが、液口栓１０５に排気孔１０５ａを設けず、蓋１０３内に排気経路を配置し、複数の発電要素から発生するガスを一括して排出する一括排気口（図示せず）を蓋１０３に別途も設けることによって、ガス排気機構部としたものであってもよい（以下、構成例２の素電池）。また、蓋１０３に液口栓１０５を設けず、蓋１０３内に迷路構造の一括排気経路と一括排気口（いずれも図示せず）を設けて、これらをガス排気機構部としたものであってもよい（以下、構成例３の素電池）。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態によるバッテリ２０１の構成を示すブロック図である。また、図３は、バッテリ２０１の外観を示す図である。
【００２０】
本発明のバッテリ２０１では、液口１０４および排気孔１０５ａに隣接して導電層２０２が配置される。図２および図３に示した例では、導電層２０２に貫通孔２０２ａを設け、貫通孔２０２ａと液口１０４とが、ほぼその内径が一致するように設けられているが、貫通孔２０２ａの径をより小として、導電層２０２と排気孔１０５ａとがより近接するよう配置してもよい。ただし、その場合には、液口栓１０５の天面の一部が導電層２０２に被覆されるため、液口栓１０５の脱着作業が困難となる。
【００２１】
一方、発電要素を構成する、正極板、負極板および電解液、さらにはストラップ、極柱あるいは接続体といった鉛合金部品中のアンチモンといった、水素過電圧を低下させる物質の含有量を制限する（例としてアンチモンの場合、鉛合金中においては０．００１質量％以下、電解液中においては０．０１質量％以下）、あるいは図４に示したように、液口栓１０５の内部にフィルタ１０５ｂあるいは防沫体１０５ｃを配置することによって、バッテリ２０１が寿命終了に至るまで、十分な量の電解液量が維持される場合、液口栓１０５の脱着が不要となるため、液口栓１０５の天面の一部を導電層２０２で被覆してもよい。ただし、少なくとも、排気孔１０５ａからのガス排出が妨げられないよう、排気孔１０５ａは、導電層２０２で被覆しない。
【００２２】
本発明の第１の実施形態では、導電層２０２と負極端子１０６ａとの間にツェナーダイオード２０３が負極端子１０６ａに対して逆バイアスに挿入される。ツェナーダイオード２０３のツェナー電圧は、発電要素の起電力、好ましくは、素電池１０１の起電力よりも高い値のものとする。このような構成によれば、放電スパークを発生させるような高電圧の静電気は、ツェナーダイオード２０３を通して負極端子１０６ａに放電される。
【００２３】
したがって、バッテリ外装に静電気が帯電した場合に、静電気は負極端子１０６ａに放電されるため、静電気の、液口栓１０５と液口１０４との隙間や、排気孔１０５ａを経由した素電池内部への侵入が抑制されるため、発電要素から発生する水素ガスへの引火と、これによるバッテリ２０１の破損が抑制される。
【００２４】
一方、液口１０４と液口栓１０５との装着部の隙間や排気孔１０５ａに滲み出た電解液や、結露水分によって、発電要素内の電解液と導電層２０２が接触しても、ツェナーダイオード２０３によって、発電要素内の電解液から、導電層２０２を介した漏れ電流は遮断されるため、バッテリ２０１の容量を損なうことはない。
【００２５】
また、このような本発明の作用効果は、導電層２０２と負極端子１０６ａとの間にリレー等のスイッチング素子と、その制御回路といった複雑な構成を用いることなく、極めて簡便な構成で得られるという、顕著な効果を奏することにもある。
【００２６】
なお、ツェナーダイオード２０３の逆バイアス電圧印加時の電流は、逆バイアス電圧がバッテリ２０１の電圧（例えば１２Ｖ）のときに、０．０００２ＣＡ以下が好ましい。この程度の電流は、始動用鉛蓄電池と車両とを接続した際に生じる暗電流より小であり、実用上問題のないレベルと考えられる。一方、逆バイアス電圧が概ねバッテリ２０１の電圧の３倍である場合での電流が、０．００５ＣＡ以上流れるものが、静電気をすみやかに端子に放電でき、好ましい。
【００２７】
導電層２０２としては、導電性カーボンやステンレスシート等、耐水性および鉛バッテリに適用した場合に想定される、希硫酸電解液の付着による劣化を、本発明の作用効果が損なわれない程度までに抑制できるレベルの耐酸性を有した素材を用いることが好ましい。
【００２８】
本実施の形態において、導電層２０２は、負極端子１０６ａに逆バイアスのツェナーダイオード２０３を介して接続した例を示したが、導電層２０２を正極端子１０６ｂに接続してもよい。但し、その場合も、漏れ電流に対して、ツェナーダイオード２０３が逆バイアスとなるよう配置することは自明である。但し、バッテリ２０１を自動車等の機器に搭載する際、搭載機器側がマイナスにアースされていることを考慮すれば、搭載作業時にバッテリ２０１の短絡を防止できるよう、本実施形態で例示したように、導電層２０２を負極端子１０６ａ側に接続したほうが好ましい。
【００２９】
ツェナーダイオード２０３は、電池外装に露出されるのでなく、図３に示したような保護モールド２０５で封止することが好ましい。前記したように、バッテリ２０１より水分や硫酸分が滲出する可能性を考慮して、これらからツェナーダイオード２０３を保護するためである。なお、ツェナーダイオード２０３を水分や硫酸分から保護すればよいので、モールドとする必要はなく、例えば、蓋１０３にツェナーダイオード２０３を収納する凹部を設け、この凹部を前述の絶縁層２０６で覆うことにより、封止してもよい。
【００３０】
また、ツェナーダイオード２０３と負極端子１０６ａおよび導電層２０２との間の接続線２０４，２０４′，２０４″および導電層２０２は、前記したような滲出した水分や硫酸分の付着をなるべく抑制する目的で、それぞれ絶縁層２０６で被覆することが好ましい。絶縁層２０６としては、当然のことながら、耐水性、耐酸性を有した素材で構成され、例えば、バッテリ外装に用いるＰＰ樹脂のフィルム等を用いることができる。また、この絶縁層２０６として用いるＰＰ樹脂フィルムの片面に導電層２０２を形成して、バッテリ外装に粘着剤等で導電層２０２がバッテリ外装に当接するよう貼り合わせて、図３および図４に示した構成を得ることができる。
【００３１】
また、ツェナーダイオード２０３と負極端子１０６ａおよび導電層２０２との間の接続線２０４，２０４′，２０４″および導電層２０２を、図５に示したように、蓋１０３の間にインサート成型することによって、バッテリ２０１′を構成すれば、前記したように、別途の絶縁層２０６の形成が不要となるため、好ましい。このような構成においては、液口１０４の内周に導電層２０２が露出させることにより、液口１０４と液口栓１０５との接合部と、排気孔１０５ａに近接した位置に、導電層２０２を配置でき、本発明の効果を得ることができる。なお、本発明の効果を得るために、排気孔１０５ａと導電層２０２との距離をなるべく短くすることが好ましく、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
本実施の形態例では、素電池１０１として、液口栓１０５を有し、かつ液口栓１０５に排気孔１０５ａを有した構成例１の素電池についてのべたが、液口栓１０５に排気孔１０５ａを有さない構成例２の素電池に本発明を適用してもよい。この場合、液口１０４の周囲の一部に近接した位置、あるいは一括排気口に近接した位置のいずれか一方、好ましくは両方に導電層２０２を配置する。そして、液口１０４に近接して導電層２０２を配置した場合には、液口１０４と液口栓１０５との隙間を経由した静電気のバッテリ内部への移動と、これによる放電スパークの発生を抑制できる。また、一括排気口に近接して導電層２０２を配置した場合、一括排気口を経由した静電気のバッテリ内部への移動と、これによる放電スパークの発生を抑制できる。また、両方に近接して導電層２０２を配置した場合、これら両方を経由した静電気のバッテリ内部への移動と、これによる放電スパークの発生を抑制できる。
【００３３】
また、本発明は、液口栓１０５を有さず、一括排気口を有する、構成例３の素電池にも適用でき、この場合には、一括排気口に近接した位置に導電層２０２を配置すれば、バッテリ内部への静電気への移行と、放電スパークによって生じるバッテリ外装の破損を抑制できるととともに、導電層２０２と負極端子１０６ａとの間の漏れ電流によるバッテリの容量低下を抑制できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態によるバッテリ３０１は、前記した第１の実施形態によるバッテリ２０１，２０１′で用いたツェナーダイオード２０３に替えてバリスタ３０２を用いたものであり、図６に示した構成を有する。
【００３５】
バリスタ３０２は、両端に加える電圧が高くなるほど、電気抵抗値が低下する性質を有しており、バッテリ電圧程度の電圧で、漏れ電流を抑制できる程度の電気抵抗を有し、かつ、静電気程度の電圧（数百から数千Ｖ以上）で静電気を負極端子１０６ａあるいは正極端子１０６ｂに放電できる程度の小さな電気抵抗を有するものを選択すればよい。
【００３６】
第２の実施形態によるバッテリ３０１も、第１の実施形態によるバッテリ２０１，２０１′と同様、導電層２０２を介した漏れ電流によるバッテリ容量低下を抑制し、また、排気孔１０５ａ（一括排気口）あるいは液口栓１０５と液口１０４の間の隙間を介した静電気のバッテリ内部への移行と、バッテリ内部での放電スパークの発生と、これによるバッテリ外装の破損を抑制できる。また、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、スイッチング素子とこれを制御するための制御回路が不要であるため、信頼性の高いバッテリを簡便な構成で安価に提供できる。
【００３７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態によるバッテリ３０３は、前記した第１の実施形態によるバッテリ２０１，２０１′で用いたツェナーダイオード２０３に替えてコンデンサ３０４を用いたものであり、図７に示した構成を有する。
【００３８】
第３の実施形態では、導電層２０２からの漏れ電流をコンデンサ３０４で遮断する一方で、バッテリ外装に帯電した静電荷をコンデンサ３０４で蓄電する。コンデンサ３０４に蓄積された電荷は、コンデンサ３０４の絶縁抵抗に応じて次第に放電される。
【００３９】
第３の実施形態によるバッテリ３０３も、第１の実施形態によるバッテリ２０１，２０１′と同様、導電層２０２を介した漏れ電流によるバッテリ容量低下を抑制し、また、排気孔１０５ａ（一括排気口）あるいは液口栓１０５と液口１０４の間の隙間を介した静電気のバッテリ内部への移行と、バッテリ内部での放電スパークの発生と、これによるバッテリ外装の破損を抑制できる。そして、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様、スイッチング素子とこれを制御するための制御回路が不要であるため、信頼性の高いバッテリを簡便な構成で安価に提供できる。
【００４０】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態によるバッテリ３０５は、前記した第１の実施形態によるバッテリ２０１，２０１′で用いたツェナーダイオード２０３に替えてバリスタ３０２と同様の電気的特性を有したバリスタ等価回路３０６を用いたものであり、図８に示した構成を有する。すなわち、バリスタ等価回路３０６は、図８に示したように、ツェナーダイオード２０３の２個が直列接続した構成を有する。したがって、第４の実施形態によるバッテリ３０５は、第２の実施形態によるバッテリ３０１と同様の作用効果を有することが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、液口栓、排気孔あるいは一括排気口等、バッテリ外装に帯電した静電気が、内部に移行しうる構成を有したバッテリ、特に鉛バッテリに適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０１    素電池
１０２    電槽
１０３    蓋
１０４    液口
１０５    液口栓
１０５ａ  排気孔
１０５ｂ  フィルタ
１０５ｃ  防沫体
１０６ａ  負極端子
１０６ｂ  正極端子
２０１、２０１′  バッテリ
２０２    導電層
２０２ａ  貫通孔
２０３    ツェナーダイオード
２０４、２０４′、２０４″  接続線
２０５    保護モールド
２０６    絶縁層
３０１    バッテリ
３０２    バリスタ
３０３    バッテリ
３０４    コンデンサ
３０５    バッテリ
３０６    バリスタ等価回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010282818.tif 000008
【図７】
2010282818.tif 000009
【図８】
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